Fin dall'infanzia, gli esseri viventi hanno suscitato in me interesse e ammirazione. Ho passato la mia infanzia nel nord della California, dove ho spesso giocato nella natura tra piante e animali.
I miei amici e io abbiamo guardato le api mentre impollinavano i fiori e li catturavano in sacchetti con cerniera per vedere meglio i loro occhi di ossidiana e i loro capelli dorati, e poi lasciavamo liberi gli insetti di svolgere le loro attività quotidiane.
A volte ho realizzato un arco con le frecce dal cespuglio che cresceva sul nostro sito, ho usato la corteccia degli stessi cespugli come una corda dell'arco e le foglie da loro andavano alla piuma delle frecce. Durante i viaggi in spiaggia con la mia famiglia, ho imparato rapidamente a trovare granchi e artropodi nei loro angoli, osservando le bolle nella sabbia dopo la marea dell'onda successiva. E ricordo vividamente come facemmo un'escursione nel boschetto di eucalipti a Santa Cruz nella scuola elementare, dove migliaia di farfalle Danaid in migrazione si fermarono per riposare. Si aggrappavano ai rami degli alberi in grandi grumi marroni, simili a foglie secche. E poi una farfalla iniziò a muoversi, e si scoprì che la parte interna delle sue ali era di un arancione infuocato.
Questi momenti, così come molti dei film di David Attenborough, hanno rafforzato il mio fascino per il mondo vivente del pianeta. Mentre mio fratello minore era entusiasta del designer K'Nex presentatogli, costruendo faticosamente montagne russe o una ferrovia, ho cercato di capire come funziona il nostro gatto. Come vede il mondo? Perché fa le fusa? Di cosa sono fatti la sua pelliccia, artigli e baffi? Una volta ho chiesto un'enciclopedia sugli animali per Natale. Dopo aver strappato la carta marrone da un enorme libro che pesava circa la metà di me, mi sono seduto vicino all'albero per diverse ore a leggerlo. Quindi non sorprende che io abbia finito per guadagnarmi da vivere scrivendo articoli sulla natura e sulla scienza.
Ma di recente ho avuto un'illuminazione che mi ha fatto dare uno sguardo nuovo al motivo per cui amo così tanto tutti gli esseri viventi e pensare in un modo nuovo a cosa sia la vita. Il fatto è che per tutto il tempo in cui le persone studiano la vita, non riescono ancora a darne una definizione chiara. Ancora oggi, gli scienziati non hanno una definizione di vita convincente e universalmente accettata. Pensando a questo problema, mi sono ricordato di come mio fratello stesse giocando con entusiasmo al set di costruzioni, ed ero curioso del gatto.
Perché ci sembra che il costruttore sia inanimato, ma il gatto è vivo? Alla fine non sono sia la prima che la seconda macchina? Certo, un gatto è un meccanismo molto più complesso, capace di gesta sorprendenti, che il designer non potrà mai ripetere. Ma al livello più elementare, qual è la differenza tra una macchina inanimata e un organismo vivente? Cosa, persone, gatti, granchi e altre creature appartengono a una categoria e costruttori, computer, stelle e pietre a un'altra? La mia conclusione: no. Inoltre, ho deciso che la vita non esiste davvero.
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Lasciatemi spiegare
I tentativi formali di dare una definizione precisa della vita furono intrapresi anche ai tempi degli antichi filosofi greci. Aristotele credeva che, a differenza dell'inanimato, tutti gli esseri viventi abbiano un'anima e l'anima è di tre tipi: nelle piante, negli animali e un'anima razionale, che è esclusivamente negli umani. L'anatomista greco Galeno suggerì un sistema simile, basato sugli organi, di "spirito vitale" nei polmoni, nei sistemi circolatorio e nervoso. Nel XVII secolo, il medico e chimico tedesco George Erns Stahl e altri studiosi avanzarono una teoria che in seguito fu chiamata vitalismo.
I vitalisti sostenevano che "gli organismi viventi sono fondamentalmente diversi dalle entità inanimate, perché contengono alcuni elementi intangibili e sono governati da principi diversi rispetto alle cose inanimate", e anche che le sostanze organiche (molecole contenenti carbonio e idrogeno e create organismi viventi) non possono essere sintetizzati da inorganici (si tratta di molecole dove non c'è carbonio, che appare principalmente come risultato di processi geologici). Successivi esperimenti hanno mostrato la totale incoerenza del vitalismo: le sostanze inorganiche possono essere convertite in organiche sia in condizioni di laboratorio che fuori dalle mura dei laboratori.
Invece di instillare negli organismi "una forza intangibile", altri scienziati hanno cercato di derivare un certo insieme di caratteristiche fisiche che differenziano il vivente e il non vivente. Oggi, a causa della mancanza di una definizione concisa della vita nei libri di Campbell e in altri libri di testo di biologia ampiamente utilizzati, esiste un ampio elenco di caratteristiche che definiscono, ad esempio: ordine (il fatto che molti organismi sono costituiti da una cellula con divisioni e organelli diversi, o da gruppi di cellule ordinate), crescita e sviluppo (cambiamento di dimensioni e forma in modo prevedibile), omeostasi (stabilità della composizione dell'ambiente interno, che differisce da quello esterno, nonché equilibrio delle funzioni biofisiologiche, ad esempio regolazione dell'acidità e della concentrazione di sale), metabolismo (dispendio di energia per la crescita e per rallentando l'invecchiamento),reazione agli stimoli (cambiamento nel comportamento in risposta alla luce, temperatura, sostanze chimiche e altri componenti dell'ambiente), riproduzione (riproduzione vegetativa o accoppiamento per produrre nuovi organismi con il trasferimento di informazioni genetiche da una generazione all'altra) ed evoluzione (cambiamento nel tempo della genetica caratteristiche della popolazione).
La logica di tali elenchi può essere confutata molto facilmente. Nessuno è mai riuscito a compilare un tale insieme di proprietà fisiche in cui tutti gli esseri viventi sono combinati e tutto ciò che chiamiamo inanimato è escluso. Ci sono sempre delle eccezioni. Quindi, la maggior parte delle persone non considera i cristalli vivi, ma sono altamente organizzati e crescono. Anche il fuoco consuma energia e aumenta. Al contrario, batteri, tardigradi e persino alcuni crostacei possono ibernare a lungo e in questo momento non crescono, non metabolizzano e non cambiano affatto, sebbene non possano nemmeno essere chiamati morti.
Quale categoria possiamo includere una foglia caduta da un albero? La maggior parte delle persone sarebbe d'accordo sul fatto che una foglia attaccata a un albero sia viva. Le sue numerose cellule lavorano instancabilmente per convertire la luce solare, l'anidride carbonica e l'acqua in sostanze nutritive, tra le altre cose. Quando una foglia si stacca da un albero, le sue cellule non cessano immediatamente la loro attività. Muore quando cade a terra, quando tocca il suolo o quando muoiono tutte le sue cellule? Se strappi una foglia da un albero e la metti in un mezzo nutritivo in laboratorio, dove le cellule fogliari sono piene e felici, è questa vita?
Quasi tutte le caratteristiche della vita proposte cadono in questa situazione. Risposta all'ambiente: questa proprietà non appartiene solo agli organismi viventi. Abbiamo inventato innumerevoli macchine che fanno lo stesso. E anche la riproduzione non è una caratteristica distintiva della vita. In molti casi, un singolo animale non può riprodursi da solo.
Si scopre che due gatti sono vivi, perché insieme possono dare alla luce nuovi gatti, e uno no, poiché non può riprodursi da solo e trasmettere i suoi geni. Ricorda anche l'immortale medusa turritopsis nutricula, che può tornare all'infinito dallo stadio "adulto" della medusa allo stadio "bambino" del polipo. Non riproduce prole, non si riproduce vegetativamente e non invecchia nemmeno nel modo tradizionale, tuttavia, la maggior parte delle persone sarebbe d'accordo sul fatto che questa medusa è viva.
E l'evoluzione? La capacità di memorizzare informazioni in molecole di DNA e RNA, trasmettere queste informazioni alla prole e adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali modificando le informazioni genetiche - ovviamente, non solo gli esseri viventi possiedono questi talenti. Molti biologi si sono concentrati sull'evoluzione come caratteristica chiave e distintiva della vita.
All'inizio degli anni '90, Gerald Joyce dello Scripps Research Institute faceva parte di un gruppo consultivo di John Rummel, che all'epoca era a capo del programma di biologia extraterrestre della NASA. Durante le discussioni sui modi migliori per trovare la vita in altri mondi, Joyce e colleghi hanno creato una definizione di lavoro molto popolare della vita oggi: un sistema indipendente capace di evoluzione darwiniana. La definizione è chiara, concisa e completa. Ma funziona in pratica?
Vediamo come questa definizione si applica ai virus, che soprattutto complicano la ricerca di una definizione di vita. I virus sono, infatti, filamenti di DNA o RNA confezionati in un rivestimento proteico. Non hanno cellule, non hanno metabolismo, ma hanno geni e possono svilupparsi. Tuttavia, come spiega Joyce, per diventare un "sistema autonomo", un organismo deve contenere tutte le informazioni di cui ha bisogno per riprodurre l'evoluzione darwiniana. Afferma che a causa di questa condizione, i virus non corrispondono alla definizione di lavoro. Dopo tutto, il virus deve invadere la cellula e catturarla per riprodursi. "Il genoma virale si sviluppa solo all'interno della cellula ospite", ha detto Joyce in una recente intervista.
Tardigrade
Ma se ci pensi, la definizione di lavoro della NASA non è migliore per catturare l'ambiguità di un virus di qualsiasi altra definizione proposta. Il verme parassita che vive nell'intestino umano, che molti considerano una forma di vita disgustosa, ma abbastanza reale, ha tutte le informazioni genetiche necessarie per la riproduzione. Ma il parassita non può riprodursi in alcun modo senza cellule e molecole nell'intestino umano, dalle quali sottrae l'energia necessaria alla sopravvivenza. Allo stesso modo, un virus ha tutte le informazioni genetiche di cui ha bisogno per riprodursi, ma manca del necessario meccanismo cellulare. L'affermazione che la situazione con il verme parassita è radicalmente diversa dalla situazione con il virus è un argomento piuttosto debole.
Sia il worm che il virus si moltiplicano e si sviluppano solo all'interno del loro "ospite". In effetti, il virus si replica in modo molto più efficiente del worm. Il virus si mette subito all'opera e ha bisogno solo di poche proteine all'interno del nucleo cellulare per iniziare a moltiplicarsi su larga scala. E il parassita ha bisogno di un intero organo di un altro animale per la riproduzione, e il verme avrà successo solo se sarà in grado di sopravvivere fino a quando non crescerà e deporrà le uova. Quindi, se usiamo la definizione di lavoro della NASA per escludere i virus dai vivi, dobbiamo anche escludere tutti gli altri parassiti più grandi, inclusi vermi, funghi e piante.
Definire la vita come un sistema indipendente capace di evoluzione darwiniana ci costringe anche ad ammettere che anche alcuni programmi per computer sono vivi. Ad esempio, gli algoritmi genetici imitano la selezione naturale per trovare la soluzione ottimale a un problema. Queste bitmap codificano tratti e proprietà, si evolvono, competono tra loro per la riproduzione e persino scambiano informazioni. Allo stesso modo, piattaforme software come Avida creano "organismi digitali" fatti di bit digitali che mutano più o meno allo stesso modo del DNA. In altre parole, si evolvono anche. "Avida non è una simulazione dell'evoluzione, ne è un esempio", ha detto a Carl Zimmer Robert Pennock della Michigan State University nel suo programma Discover. - C'è un processo di selezione naturale. Lì sono presenti tutte le componenti del processo darwiniano. Queste cose si riproducono, mutano, competono tra loro. Se questa è la cosa principale nella definizione della vita, allora anche queste cose devono essere prese in considerazione ".
Direi che lo stesso laboratorio di Joyce ha inferto un colpo devastante alla definizione di vita della NASA. Lui, insieme a molti altri scienziati, predilige la teoria dell'origine della vita chiamata "World of RNA". Tutta la vita sul nostro pianeta dipende dal DNA e dall'RNA. Negli organismi viventi moderni, il DNA immagazzina le informazioni necessarie per creare proteine e meccanismi molecolari che lavorano insieme per formare una cellula esigente. In un primo momento, gli scienziati pensavano che solo le proteine, gli enzimi, potessero agire da catalizzatore per la reazione chimica necessaria per costruire la struttura cellulare.
Ma negli anni '80, Tomas Cech e Sidney Altman scoprirono che, interagendo con diversi enzimi proteici, molti tipi di enzimi RNA, o ribozimi, leggono le informazioni codificate nel DNA e costruiscono diverse parti della cellula passo dopo passo. L'ipotesi di RNA World afferma che i primi organismi sul nostro pianeta eseguivano tutti questi compiti di immagazzinamento e utilizzo delle informazioni genetiche esclusivamente con l'aiuto dell'RNA e senza l'aiuto del DNA e di un'intera suite di enzimi proteici.
Come è potuto accadere? Ecco come. Circa quattro miliardi di anni fa, i nucleotidi liberi dalla zuppa primordiale della terra, che sono i mattoni dell'RNA e del DNA, combinati in catene sempre più lunghe e nel tempo hanno prodotto ribozimi che erano abbastanza grandi e complessi da creare nuove copie di se stessi. Pertanto, avevano molte più probabilità di sopravvivere rispetto a coloro che non erano in grado di riprodurre l'RNA. Questi primi enzimi avvolgevano membrane autoassemblanti, formando le cellule iniziali. I ribozimi non solo hanno creato più RNA, ma potrebbero anche collegare i nucleotidi in filamenti di DNA. I nucleotidi potrebbero anche formare spontaneamente il DNA.
In ogni caso, il DNA ha sostituito l'RNA come principale molecola per la memorizzazione delle informazioni, perché è più stabile. E le proteine hanno iniziato a svolgere il ruolo di catalizzatori, poiché sono molto diverse e facilmente adattabili. Tuttavia, le cellule degli organismi moderni contengono ancora resti del mondo dell'RNA originale. Pertanto, i ribosomi, che sono un insieme di RNA e proteine che sintetizzano le proteine dagli amminoacidi, sono ribozimi. Esiste anche un gruppo di virus che utilizza l'RNA come materiale genetico principale.
Per testare l'ipotesi di RNA World, Joyce e altri hanno tentato di creare i tipi di ribozimi autoreplicanti che potrebbero essere esistiti una volta nella zuppa primordiale della Terra. A metà degli anni 2000, Joyce e Tracey Lincoln hanno creato trilioni di sequenze di RNA casuali e non correlate in laboratorio, simili ai primi RNA che potevano competere tra loro miliardi di anni fa.
Inoltre, hanno creato sequenze isolate che hanno mostrato accidentalmente la capacità di collegare altri due pezzi di RNA. Opponendo tali sequenze l'una all'altra, questa coppia alla fine ha prodotto due ribozimi che potevano riprodursi a vicenda indefinitamente, purché ricevessero abbastanza nucleotidi. Queste molecole di RNA nudo sono in grado non solo di riprodursi, ma possono anche mutare ed evolversi. I ribozimi, ad esempio, hanno alterato piccoli segmenti del loro codice genetico per adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali.
"Si adattano alla definizione lavorativa della vita", afferma Joyce. "È un'evoluzione darwiniana indipendente". Tuttavia, non può dire con certezza se i ribozimi siano vivi. Per non trasformarsi nel dottor Frankenstein, Joyce vuole vedere come la sua creazione assume proprietà completamente nuove, e non solo modifica ciò che sa già fare. "Penso che l'anello mancante qui sia che i ribozimi devono essere inventivi, devono creare nuove soluzioni", dice.
Ma mi sembra che Joyce non stia rendendo giustizia ai ribozimi. L'evoluzione è un cambiamento genetico che si verifica nel tempo. Per vedere l'evoluzione in azione, non devi aspettare che i maiali sviluppino le ali e che l'RNA si riunisca nelle lettere dell'alfabeto. Il colore degli occhi blu, apparso 6.000-10.000 anni fa, è solo un altro tipo di pigmento dell'iride. Questo è lo stesso esempio fondato di evoluzione dei primi dinosauri piumati. Se definiamo la vita come "un sistema indipendente capace di evoluzione darwiniana", non vedo alcuna ragione convincente per privare il titolo di vita di ribozimi o virus autoreplicanti. Ma non vedo nemmeno alcuna ragione per un rifiuto completo di questa definizione operativa e di tutte le altre definizioni di vita.
Perché è così difficile definire la vita? Perché scienziati e pensatori per secoli non sono stati in grado di trovare una proprietà fisica specifica o un insieme di proprietà che possono distinguere chiaramente il vivere dal non vivere? Perché non esistono tali proprietà. La vita è un concetto che abbiamo inventato. Al suo livello più elementare, tutta la materia esistente è un insieme organizzato di atomi e le loro particelle costituenti. Questo è un set incredibilmente complesso che contiene cose come l'atomo di idrogeno elementare e il cervello più complesso.
Cercando di definire la vita, abbiamo tracciato arbitrariamente una linea in questo insieme complesso e abbiamo dichiarato: tutto ciò che è sopra è vivo e tutto ciò che è sotto non lo è. In effetti, questa distinzione esiste solo nel nostro cervello. Non c'è soglia oltre la quale un ammasso di atomi improvvisamente rinasce, non c'è una netta distinzione tra vivente e non vivente, non c'è la proverbiale scintilla di Frankenstein. Non possiamo dare una definizione della vita, perché non c'è niente da definire qui.
Spiegai nervosamente queste idee a Joyce al telefono, aspettandomi che ridesse e le definisse assurde. Dopotutto, è stato lui ad aiutare la NASA a sviluppare la definizione di vita. Ma Joyce ha definito l'argomento "ideale" che la vita è solo un concetto o un'idea. Concorda sul fatto che definire la vita sia, in un certo senso, un'idea vuota. La definizione operativa esiste semplicemente per comodità linguistica. "Stavamo cercando di aiutare la NASA a trovare la vita extraterrestre", dice. "Non potremmo usare la parola" vita "in ogni paragrafo senza definirla".
Anche Carol Cleland, filosofa dell'Università del Colorado a Boulder, che ha trascorso molti anni alla ricerca di tentativi per descrivere la vita, trova sbagliato cercare di definirla con precisione. Ma non è ancora pronta a negare la vita nella sua realtà fisica. "Concludere che non esiste una vera natura della vita è prematuro quanto definirla", dice. "Mi sembra che l'opzione migliore in tali condizioni sia considerare i criteri finali della vita come ipotetici e speculativi".
Ciò di cui abbiamo veramente bisogno, scrive Cleland, è "una teoria generale della vita sufficientemente fondata e adeguata". Fa paragoni con i chimici del XVI secolo. Prima che gli scienziati si rendessero conto che l'aria, la sporcizia, gli acidi e tutte le sostanze chimiche sono costituiti da molecole, non potevano definire l'acqua. Potevano elencarne le proprietà - umido, trasparente, insapore, gela, possono dissolvere molte altre sostanze - ma non sono stati in grado di caratterizzarlo con precisione finché i ricercatori non hanno scoperto che l'acqua è composta da due atomi di idrogeno in congiunzione con un atomo di ossigeno.
Salata, sporca, colorata, liquida, congelata: l'acqua è sempre H2O. Può contenere altri elementi come un'impurità, ma i tre atomi che compongono ciò che chiamiamo acqua sono sempre presenti in essa. L'acido nitrico può assomigliare all'acqua, ma non è acqua, perché le due sostanze hanno strutture molecolari diverse. Sarà necessaria una dimensione del campione molto più grande per creare una teoria della vita che si adatti alla teoria molecolare, dice Cleland. Afferma che finora abbiamo solo un esempio di cosa sia la vita: questa è la vita terrena, che si basa sul DNA e sull'RNA. Come puoi creare una teoria sui mammiferi osservando solo le zebre? È qui che ci troviamo nei nostri tentativi di definire ciò che rende la vita la vita, conclude Cleland.
Cluster di batteriofagi, virus che si sono evoluti
Non sono d'accordo con lei. Naturalmente, la scoperta di campioni di vita extraterrestre su altri pianeti amplierà la nostra comprensione di come funzionano quelli che chiamiamo organismi viventi e, soprattutto, di come si sono evoluti. Ma è improbabile che tali scoperte ci aiutino a sviluppare una nuova rivoluzionaria teoria della vita. I chimici del Cinquecento non potevano dire come l'acqua differisse dalle altre sostanze, perché non ne comprendevano la natura fondamentale: non sapevano che ogni sostanza è costituita da un insieme specifico e ordinato di molecole. E gli scienziati moderni sanno esattamente di cosa sono fatte le creature sul nostro pianeta: cellule, proteine, DNA e RNA.
La differenza tra le molecole di acqua, terra e argento di gatti, esseri umani e altri esseri viventi non è "vita", ma il livello di complessità. Gli scienziati hanno già conoscenze sufficienti per spiegare perché i cosiddetti organismi possono fare ciò che la maggior parte dei non viventi non può fare. Possono dire come i batteri creano nuove copie di se stessi, come si adattano rapidamente al loro ambiente e perché le pietre non possono. Ma allo stesso tempo non possono dire che il vivente è questo e quello, e l'inanimato è quello e che questa coppia non si unirà mai.
Riconoscendo la vita come un concetto e un'idea, non la priviamo in alcun modo della sua intrinseca magnificenza. Non si tratta dell'assenza di differenze materiali tra i vivi e i non viventi. Molto probabilmente, non troveremo mai una chiara linea di demarcazione tra loro, poiché il concetto di vita e non vita come determinate categorie è solo un concetto, non la realtà. Tutto ciò che mi ha affascinato nella fauna selvatica durante l'infanzia è ugualmente sorprendente ora, anche con la mia nuova comprensione della vita. Penso che quelle cose che chiamiamo vivere, in effetti, uniscano non solo alcune delle loro proprietà intrinseche; piuttosto, sono uniti dalla nostra comprensione di loro, dal nostro amore per loro e, francamente, dalla nostra arroganza e narcisismo.
In primo luogo, abbiamo annunciato che tutto sulla Terra può essere diviso in due gruppi: vivente e non vivente, e non è un segreto quale gruppo consideriamo il più alto. Inoltre, non solo ci siamo posti nel primo gruppo, ma abbiamo insistito sul fatto che tutte le altre forme di vita sul nostro pianeta dovessero essere giudicate in relazione a noi. Più questa forma ci assomiglia - più si muove, parla, sente, pensa - più la consideriamo viva. Ma allo stesso tempo, un insieme specifico di proprietà e caratteristiche che rendono una persona una persona è tutt'altro che l'unico modo (e tutt'altro che il più efficace in termini di evoluzione) per descrivere un essere vivente.
In verità, ciò che chiamiamo vita è impossibile senza ed è inseparabile da ciò che consideriamo inanimato. Se potessimo in qualche modo sbirciare l'essenza fondamentale del nostro pianeta, comprenderne la struttura a tutti i livelli allo stesso tempo - dal microscopico al macroscopico, vedremmo il mondo come un numero innumerevole di granelli di sabbia, come una gigantesca sfera tremante di atomi. Una persona può costruire castelli sulla spiaggia da migliaia di granelli di sabbia quasi identici, creare meduse e qualsiasi altra cosa che può solo immaginare.
Allo stesso modo, gli innumerevoli atomi che compongono ogni cosa sul nostro pianeta si raccolgono, si disintegrano e creano continuamente un caleidoscopio di materia in continua evoluzione. Molte di queste particelle diventano montagne, oceani e nuvole; altri producono alberi, pesci e uccelli. Alcuni insiemi rimangono relativamente immobili e inerti; altri cambiano con una velocità inimmaginabile e si interrogano sulla complessità delle loro costruzioni. Qualcosa fa il costruttore K'Nex e qualcosa di gatto.
Pubblicazione originale: Why Life Does Not Really Exist
